某鐵礦富余尾礦堆存處置方案研究

毛瑞坤 劉建義 趙樹林 李 濤

(首鋼集團(tuán)有限公司礦業(yè)公司，河北 遷安 064404)

0 引言

某鐵礦位于河北省唐山市境內(nèi)，是集采礦、選礦為一體的大型礦山企業(yè)，礦山始建于1969年，是國(guó)內(nèi)大型露天鐵礦之一。

某鐵礦目前使用的尾礦庫為新水尾礦庫(尹莊尾礦庫已停用)。新水尾礦庫始建于1971年，新水尾礦庫現(xiàn)階段堆存的尾礦壩頂標(biāo)高為213 m，現(xiàn)堆存尾砂6 690萬t，尾礦庫最終設(shè)計(jì)標(biāo)高230 m。目前尚剩余200萬m3庫容，按照目前的礦山生產(chǎn)規(guī)模，尾礦庫僅可滿足的服務(wù)年限為1.5年，迫切需要解決后續(xù)尾礦的堆存問題，以滿足企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需求。

1 選廠尾礦處置工藝

目前選廠尾礦具體產(chǎn)出工藝為：選廠產(chǎn)出的尾礦，經(jīng)過建筑砂生產(chǎn)線的圓筒篩將粗顆粒(0.5 mm以上)尾砂篩分出來用作建筑用砂外銷；之后的尾砂自流進(jìn)入干排砂生產(chǎn)系統(tǒng)，通過旋流器和直線振動(dòng)篩再次篩出較粗粒級(jí)的干排砂(0.3～0.5 mm)；剩余約24%的細(xì)粒級(jí)尾砂進(jìn)入5#濃密機(jī)濃縮后，采用隔膜泵送至新水尾礦庫堆存(-0.074 mm含量80.48%)，年尾砂排放規(guī)模約90萬m3。

2 問題提出

根據(jù)應(yīng)急管理部、國(guó)家發(fā)展改革委等八部委2020年2月21日下發(fā)的《防范化解尾礦庫安全風(fēng)險(xiǎn)工作方案》要求，“自2020年起，在保證緊缺和戰(zhàn)略性礦產(chǎn)礦山正常建設(shè)開發(fā)的前提下，全國(guó)尾礦庫數(shù)量原則上只減不增，不再產(chǎn)生新的‘頭頂庫’?！薄皣?yán)禁審批‘頭頂庫’、運(yùn)行狀況與設(shè)計(jì)不符的尾礦庫加高擴(kuò)容項(xiàng)目。”

考慮到上述國(guó)家政策層面的影響，以及尾礦庫下游有村莊未搬遷的實(shí)際情況，因此尾礦庫加高工程、新建尾礦庫審批實(shí)施的可行性極低。為解決尾礦庫庫容不足問題，必須研究尾礦庫替代方案。在前期組織大量考察、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本課題轉(zhuǎn)換工作思路，開展了南采采坑膠結(jié)堆存尾礦、河西排土場(chǎng)堆存兩套方案研究[1-3]。

3 尾砂堆存方案研究

3.1 南采采坑尾砂生態(tài)恢復(fù)方案

按照開采規(guī)劃，南采坑預(yù)計(jì)2021年9月露天開采結(jié)束，目前南采采坑已經(jīng)回采到-20 m水平。南采坑境界內(nèi)+40 m標(biāo)高以下采坑容量700萬m3(+44 m標(biāo)高南北采坑聯(lián)通),預(yù)計(jì)可以固態(tài)方式堆存尾礦1 000萬t?？紤]到現(xiàn)有尾礦庫可以服務(wù)至2022年，基本可以滿足服務(wù)至露采結(jié)束堆存細(xì)粒級(jí)尾礦的需求。

選廠尾礦經(jīng)泵站輸送到隔渣間和干排系統(tǒng)進(jìn)行選砂和干排后，剩余細(xì)粒級(jí)尾礦經(jīng)老5#濃密機(jī)濃縮后，輸送到深錐濃密機(jī)內(nèi)，經(jīng)過絮凝沉降，底流自流給入3臺(tái)攪拌桶，在攪拌桶內(nèi)制備成充填料漿，通過管道由充填鉆孔自流到南采采坑。濃密機(jī)溢流澄清水返回到廠區(qū)老廠5#環(huán)水池供選廠使用，現(xiàn)有隔膜泵站及新水尾礦庫停用。

入庫細(xì)粒級(jí)尾砂膠結(jié)充填到南采采坑+40 m水平，尾砂上部覆土綠化，形成生態(tài)景觀。實(shí)施后，達(dá)到露天采坑生態(tài)恢復(fù)治理的目的，同時(shí)解決了露采結(jié)束前細(xì)粒級(jí)尾礦堆存難題，具有經(jīng)濟(jì)和社會(huì)雙重效益。

基于某鐵礦新水尾礦庫庫容不足、富余尾砂需要處置的問題，提出南采采坑閉坑后實(shí)施生態(tài)恢復(fù)的方案，見圖1。采用露天采坑堆存膠結(jié)尾礦，用以處置富余的尾砂。

圖1 南采坑閉坑圖

結(jié)合某鐵礦實(shí)際，考慮到后期露天采坑掛幫礦需要充填法采礦，散體尾礦不能直接排放到采坑內(nèi)。規(guī)劃在切方形成的128 m地采工業(yè)場(chǎng)地，新上1臺(tái)Φ20 m深錐濃密機(jī)，2套攪拌系統(tǒng)，打3條充填鉆孔。細(xì)粒級(jí)尾礦在5#濃密機(jī)絮凝濃縮后經(jīng)底流泵直接輸送至深錐濃密機(jī)內(nèi)(現(xiàn)有隔膜泵站、尾礦管停用)，經(jīng)過絮凝沉降，放砂濃度65%以上，溢流澄清水再回到濃密機(jī)供選廠使用。按照灰砂比1:20的比例，在攪拌桶內(nèi)制備成料漿濃度70%左右的充填料漿。通過充填鉆孔、充填管道自流輸送到采坑內(nèi)[4]。

南采采坑充填至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)(+40 m)，對(duì)尾砂充填區(qū)域進(jìn)行覆土綠化，經(jīng)測(cè)算可增加綠地面積16.5萬m2。項(xiàng)目實(shí)施后可有效的改善南采采坑巖體長(zhǎng)時(shí)間裸露所導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)以及揚(yáng)塵等問題，并且增加了綠化面積，有利于恢復(fù)采坑生態(tài)，見圖2。

圖2 南采坑尾砂固結(jié)堆存效果圖

3.2 河西排土場(chǎng)尾砂生態(tài)恢復(fù)方案

選廠生產(chǎn)的尾礦經(jīng)濃縮、水泥膠結(jié)固化的方式，以干排方式堆存至排土場(chǎng)，考慮到排土物料含石量高，力學(xué)參數(shù)高，滲透性好，可堆置在場(chǎng)地外圍形成圍擋；依靠圍擋形成充填網(wǎng)格，保障堆存區(qū)充填料漿有序排放，見圖3。

圖3 河西排土場(chǎng)堆存尾砂方案

工藝流程介紹如下：結(jié)合某鐵礦實(shí)際，尾礦庫庫容不足，散體尾礦不能直接排放到排土場(chǎng)內(nèi)。規(guī)劃在西排土場(chǎng)現(xiàn)有265 m排土平臺(tái)上，新上1臺(tái)Φ20 m深錐濃密機(jī)，2套攪拌系統(tǒng)。利用充填管道將膠結(jié)尾砂排到排土場(chǎng)平臺(tái)上。細(xì)粒級(jí)尾礦在5#濃密機(jī)絮凝濃縮后采用隔膜泵送至深錐濃密機(jī)內(nèi)，經(jīng)過絮凝沉降，放砂濃度65%以上，溢流澄清水排到尾礦庫[5]。

按照灰砂比1:20的比例，在攪拌桶內(nèi)制備成料漿濃度70%左右的充填料漿[6]。具體如下：首先通過排土形成265～210 m坡道(路面寬度15 m)，之后將尾礦管道架設(shè)到265 m平臺(tái)上?？紤]到尾礦庫庫容不足，現(xiàn)有尾礦管線路由標(biāo)高在210 m左右，而排土場(chǎng)210 m以下局部有空間(坡底170～190 m不等)，可以首先用于堆置膠結(jié)尾砂，折算堆存尾砂量300萬t。210 m以下底部空間排放的同時(shí)，用42 t礦車在平臺(tái)上形成每層5 m高的圍擋，同時(shí)為方便人員設(shè)備到210 m充填場(chǎng)地作業(yè)、在圍擋內(nèi)礦車排土形成265～210 m坡道，并在坡道上敷設(shè)充填管道，膠結(jié)尾砂堆置高度55 m(265～210 m),前期可以自流輸送到210 m排土平臺(tái)上，240 m標(biāo)高以上部分區(qū)域需要泵送?？臻g可以滿足服務(wù)至露天開采結(jié)束細(xì)粒級(jí)尾礦堆存需要。

4 細(xì)粒級(jí)尾砂處置方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

4.1 對(duì)比概況

開展南采采坑膠結(jié)堆存方案(方案1)、河西排土場(chǎng)堆存方案(方案2)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，詳見表1。

表1 堆存方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

4.2 南采采坑膠結(jié)堆存方案成本及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用

充填工業(yè)場(chǎng)地在南采采坑?xùn)|幫128 m平臺(tái)上，便于實(shí)現(xiàn)自流輸送，充填倍線滿足要求。

運(yùn)營(yíng)費(fèi)用：2 386+101.70=2 487.70萬元(折舊費(fèi)用為：2 141×0.95/20=101.70萬元)。折合尾礦量單位成本為2 487.7/(280×2.02×0.24)=18.33元/t·尾。

4.3 河西排土場(chǎng)堆存方案成本及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用

運(yùn)營(yíng)費(fèi)用：2 773.37+104.61=2 877.98萬元(折舊費(fèi)用為：5 181.3×0.95/20=104.61萬元)。折合尾礦量單位成本為2 877.98/(280×2.02×0.24)=21.2元/t·尾。

4.4 小結(jié)

綜合以上經(jīng)濟(jì)分析比較來看，利用現(xiàn)有南采區(qū)堆存尾砂，在初期投資、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用、投資及20年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用現(xiàn)值比較來看，均要優(yōu)于河西排土場(chǎng)堆存方案。

按照政府主管部門規(guī)定和既定設(shè)計(jì)要求，南采區(qū)在閉坑后，需要辦理閉坑報(bào)告手續(xù)并實(shí)施土地復(fù)墾；而利用該堆存膠結(jié)方案，不僅解決了尾砂堆存占地問題，而且間接地完成土地復(fù)墾地的前期地形地貌恢復(fù)工作，可謂一舉兩得。

河西排土場(chǎng)膠結(jié)堆存尾礦方案的實(shí)施，雖然可以利用現(xiàn)有河西排土場(chǎng)地面空間，不用再侵占土地，但其在費(fèi)用現(xiàn)值經(jīng)濟(jì)比較上要劣于南采區(qū)膠結(jié)堆存方案；而且需要對(duì)排土場(chǎng)尾砂膠結(jié)堆存場(chǎng)地進(jìn)行防滲處理，多一道工藝處理環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)效果和安全效果將更劣勢(shì)。否則充填尾砂料漿35%的水分將直接進(jìn)入排土場(chǎng)內(nèi)部，不利于排土場(chǎng)的安全穩(wěn)定。

再者，膠結(jié)尾砂充填體堆排之排土場(chǎng)上方，直接占?jí)含F(xiàn)有排土場(chǎng)。而排土場(chǎng)廢石資源具有廣闊的利用前景，后期可以生產(chǎn)建材產(chǎn)品，變廢為寶，被埋壓后，這無疑會(huì)造成潛在資源的損失。

5 結(jié)語

采坑尾礦膠結(jié)堆存方案實(shí)施后，不僅解決某鐵礦尾礦庫庫容的問題，同時(shí)與地采充填工藝緊密結(jié)合，采坑尾砂膠結(jié)堆存相當(dāng)于實(shí)施了生態(tài)恢復(fù)和土地復(fù)墾，不存在環(huán)保揚(yáng)塵等污染環(huán)境和破壞地表生態(tài)等問題[7]。此外采坑固態(tài)堆存尾礦后還可以用于露天高陡邊幫的加固治理，防治次生災(zāi)害，一舉多得。